BEVISFØRELSE FOR AT FUGTIGHED IKKE SKABER PROBLEMER VED ANVENDELSE AF FRIKØLING PÅ TELECOM-BASISSTATIONER 1 2 AF EHSAN B. HAGHIGHI PHD, THERMAL SPECIALIST DANTHERM COOLING
Frikøling er den mest energieffektive kølemetode og den største kilde til besparelser inden for elektronikkøling. Vi bliver ofte spurgt, om frikøling kan bruges i områder med høj relativ luftfugtighed uden at skade det indelukkede udstyr. Svaret er ja.
BEVISFØRELSE FOR AT FUGTIGHED IKKE SKABER PROBLEMER VED ANVENDELSE AF FRIKØLING PÅ TELECOM-BASIS- STATIONER/FØRSTE DEL HVAD DU HAR BRUG FOR AT VIDE - I KORTE TRÆK Vores kunder har brug for et konkret bevis på, at frikøling kan anvendes i meget fugtige områder uden at skabe et indeklima med for høj relativ luftfugtighed. i Denne hvidbog undersøger derfor den relative luftfugtighed inde i et typisk Telecom-site i forhold til forskellige setpunktstemperaturer og en udendørs RF på 99%. Undersøgelsen viser, at frikøling kan anvendes på trods af meget fugtige vejrforhold, fordi udeluftens relative fugtighed falder til et ASHRAE-anbefalet niveau, når den udsættes for den indvendige varmebelastning. 1. INDLEDNING De fleste Telecom-operatører har det til fælles, at de ønsker så energieffektiv en site-køling som muligt. Frikøling er fortsat den mest energieffektive kølemetode og den største kilde til besparelser inden for elektronikkøling, men til teknologien knytter sig en bekymring for at skade det indelukkede udstyr. Bekymringen er baseret på den formodning, at fjernelse af varme ved hjælp af fugtig udeluft skaber et indeklima med for høj luftfugtighed. Bekymringen er forståelig men unødvendig. Frikøling kan faktisk anvendes på trods af høj relativ fugtighed i udeluften, men vi forstår, at dette kræver konkrete beviser. Denne hvidbog identificerer derfor de fugtighedsgrader, der gælder for anvendelsen af frikøling som et middel til at fjerne varme i Telecom-netværkssites baseret på forskellige setpunktstemperaturer og en udendørs RF på 99%.
2. INTERN RELATIV LUFTFUGTIGHED IHT. TEORETISKE PARAMETRE Følgende undersøgelse bygger på skøn, som er foretaget i overensstemmelse med termodynamikkens love og under hensyntagen til ASHRAE- og ETSI-anbefalede og -tilladte miljøklasser for IT-udstyr ved havets overflade. Undersøgelsen indeholder skøn, som er baseret på RF-parametre på 99%. Fig. 1 viser den anbefalede (mindste firsidede) og tilladte (øvrige firsidede) indhyllingskurve for IT-udstyr i forskellige kategorier: A1-A4 ved havets overflade. Kategori A1 tilhører virksomhedsservere med stramt styret miljøkontrol. Kategori A2, A3 og A4 tilhører højvolumen-servere med nogen miljøkontrol [1]. Tabel 1 viser disse anbefalede værdier for IT-udstyr for forskellige kategorier baseret på ETSI-standarder [2]. I denne serie af hvidbøger antages den accepterede relative fugtighed at ligge i et konservativt estimeret interval på 20-80%. Men som det kan ses, befinder den tilladte relative fugtighed sig for nogle kategoriers vedkommende inden for større intervaller (se fig. 1 og tabel 1). Som udgangspunkt er frikøling tilførsel af kølig udeluft for at opnå en specifik setpunktstemperatur inde i et teknikhus. Efterhånden som udeluften trænger ind i teknikhuset, varmes den op af den varmebelastning inde i huset, som det indelukkede udstyr genererer. Denne proces kan vises som en lige linje i et psykrometrisk diagram (den blå linje i fig. 1). Udeluft med en relativ fugtighed (RF) på 99% og forskellige temperaturer (0-23 C) antages tilført et aflukke/teknikhus med elektronisk udstyr. Indetemperaturens setpunkt antages at være 25-27 C. Tørtemperatur (T), vådtemperatur (Td) og relativ fugtighed (RF) relaterer til hinanden på basis af den modificerede Magnus-formel som vist nedenfor [3]. Hvor a = 17,625, b = 243,04, T og Td er i C og RF i %. Udeluften (blå linje i fig. 1) gennemgår en konstant vådtemperaturproces. Iht. denne antagelse opvarmes udeluften, og den relative fugtighed ændrer sig naturligvis. Fig. 2 viser den indendørs relative luftfugtighed beregnet i ligningerne (1)-(3). Baseret på resultaterne i næsten alle tilfælde ligger den relative fugtighed inden for den valgte nedre og øvre grænse (inden for 20-80%). I de få tilfælde, hvor den relative luftfugtighed ligger uden for dette interval, er der behov for en airconditioner og/eller varmeenhed til at regulere indeklimaet.
2. FORTSAT, INTERN RELATIV LUFTFUGTIGHED IHT. TEORETISKE PARAMETRE Temperaturområde (C o ) Interval for relativ luftfugtighed (%) 3,1 (normal) 3.1 (usædvanlig) 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 +5 til +40-5 til +40-5 til +40-25 til +55-40 til +70-40 til +40 +15 til +30 5-85 5-90 5-95 10-100 10-100 10-100 10-75 Tabel 1: ETSI-anbefalede miljøklasser for IT-udstyr [2] Fig. 1: Psykrometrisk diagram, SI-måleenheder, havoverflade, barometertryk - 101,3 kpa (ASHRAE-anbefalede og -tilladte miljøklasser for IT-udstyr ved havoverfladen) [1]
3. INTERN RELATIV LUFTFUGTIGHED IHT. FAKTISKE PARAMETRE For at generere beregningsresultater baseret på virkelige forhold antages det i de følgende beregninger, at teknikrummet befinder sig på en meget fugtig lokalitet som f.eks. San Francisco. Fig. 3 og fig. 4 viser udetemperatur og relativ luftfugtighed for San Francisco International Airport time for time [4]. Nedre grænse Øvre grænse Relativ luftfugtighed (%) Tset ( C) Fig. 2: Indendørs relativ luftfugtighed vs. et aflukkes temperatursetpunkt for udeluft med forskellige temperaturer og RF=99%
3. FORTSAT, INTERN RELATIV LUFTFUGTIGHED IHT. FAKTISKE PARAMETRE Den relative luftfugtighed indendørs beregnes ved hjælp af den fremgangsmåde, der er forklaret i afsnit 2, ved at bruge ligningerne (1) til (3), idet det antages, at det indendørs setpunkt er 27 C (fig. 3). Den beregnede relative luftfugtighed indendørs er vist i fig. 4. Som illustreret er den relative fugtighed indendørs altid under 80% og i meget få tilfælde under 20% (5% af den totale tid), selvom den relative luftfugtighed udendørs er tæt på 100% i mange timer i løbet af året. På den anden side, som det ses i fig. 4 ligger den relative luftfugtighed inden for de valgte øvre og nedre grænser (20-80%) 95% af tiden i løbet af et år. Tluft Tset RF-luft RF-ind T (C) RF (%) t (timer) t (timer) Fig. 3: Udetemperatur for San Francisco International Airport og setpunkt for teknikhus 4. KONKLUSION Fig. 4: Relativ luftfugtighed for udeluft for San Francisco International Airport og inde i teknikhus Formålet med denne hvidbog var at identificere de fugtighedsgrader, der gælder for anvendelsen af frikøling som et middel til at fjerne varme på Telecom-netværkssites. Med baggrund i ASHRAE- og ETSI-anbefalede og -tilladte miljøklasser for IT-udstyr ved havoverfladen viser beregningerne, at den relative luftfugtighed bliver inden for de valgte øvre og nedre grænser for de indeholdte parametre. Det konkluderes, at frikøling rent faktisk kan anvendes til fjernelse af overskudsvarme i meget fugtige områder uden at beskadige det indelukkede udstyr. I de tilfælde, hvor den relative luftfugtighed overskrider den tilladte grænse, anbefales det at installere en airconditioner til at regulere indeklimaet. Dette diskuteres i anden del af denne serie af hvidbøger. referencer [1] ASHRAE, 2012, Thermal Guidelines for Data Processing Environments, Third Edition [2] ETSI EN 300 019-1-3 V2.2.2 (2004-03), European Standard (Telecommunications series) [3] Alduchov, O. A., and R. E. Eskridge, 1996: Improved Magnus form approximation of saturation vapor pressure. J. Appl. Meteor., 35, 601 609 [4] https://weatherspark.com
DANTHERM COOLING UDVIKLER OG FREMSTILLER DRIFTSSIKKER, ENERGIEFFEKTIV VARMEBORTLEDNING TIL ELEKTRONIKKØLEINDUSTRIEN DANTHERM COOLING ER DEN FORETRUKNE PARTNER INDEN FOR ELEKTRONIKKØLING OG FØRENDE GLOBAL LEVERANDØR AF LØSNINGER TIL KLIMASTYRING www.dantherm.com electronicscooling@dantherm.com Copyright 2015, Dantherm cooling holding A/S Alle rettigheder forbeholdes. Ingen del af denne publikation må gengives, distribueres eller overføres i nogen form eller på nogen måde, herunder fotokopiering, optagelse eller anden elektronisk eller mekanisk metode, uden forudgående skriftlig tilladelse fra udgiveren, undtagen i tilfælde af korte citater indeholdt i kritiske anmeldelser og visse andre ikke-kommercielle anvendelser, som er tilladt i henhold til lov om ophavsret.